下载文档原格式
基于Unity、HTC VIVE的D09-32型连续式捣固车虚拟仿真驾驶系统研究李海胜;徐钢涛【摘要】采用Unity研发了铁路大型养路机械D09-32型连续式捣固车虚拟仿真驾驶系统.以西宁到格尔木某区间铁路实景为基础在Unity中搭建、美化场景,以D09-32型连续式捣鼓车为原型创设捣固车三维模型.按照捣固车驾驶标准流程通过虚拟手套操作场景中按钮、开关,模拟捣固车驾驶步骤,完成捣固车的驾驶训练.采用SteamVR与VRTK构建基于HTC VIVE的D09-32型连续式捣固车虚拟仿真驾驶系统.实验表明:该系统场景逼真、沉浸感强可满足捣固车驾驶人员的基础训练需求并且该系统具有结构简单、开发成本低、周期短等优点.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)030【总页数】3页(P146-147,202)【关键词】虚拟现实;unity;捣固车;模拟驾驶【作者】李海胜;徐钢涛【作者单位】郑州铁路职业技术学院,河南郑州 450002;郑州铁路职业技术学院,河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言铁路大型养路机械主要是指养护、维修、整修铁路线路的机械设备，包括线路石砟清筛、线路石砟捣固密实、线路道床震动稳定、线路道床整形等设备。
目前，大型养路机械已在全国铁路线路修理、提速线路改造和新线建设中得到广泛应用，是我国铁路维护工作中的主要工具，起着不可替代的作用。
捣固车用于铁路线路的新线建设、旧线大修清筛和运营线路维修作业，对轨道进行拨道、起道抄平、道砟捣固及道床肩部道砟的夯实作业，使轨道方向、左右水平和前后高低均达到线路设计标准或线路维修规则的要求，提高道床石砟的密实度，增加轨道的稳定性，保证列车安全运行。
D09-32型捣固车是铁路系统内应用最为广泛的养路机械，但D09-32型捣固车结构复杂、操作难度大、作业空闲时间少，影响了操作员的实际驾驶培训工作，给新驾驶员的培训带来诸多困难[1]。
工程车模拟器开发方案一、引言随着工程车辆在建筑工地、矿山和道路建设等领域的广泛应用，对于操作工程车辆的人员技能要求越来越高。
然而，实地操作需要大量的时间和成本，而且操作风险较大。
因此，通过虚拟现实技术开发工程车模拟器，可以有效提高操作人员的技能水平，降低操作风险，节约培训成本。
本文将针对工程车模拟器的开发方案进行详细讨论。
二、需求分析1. 模拟车辆种类：挖掘机、推土机、装载机、平地机等常见工程车辆。
2. 操作模拟：模拟真实的操作手感和工作环境，包括车辆的转向、加速、减速、停车等操作。
3. 场景模拟：模拟不同的工程场景，如建筑工地、矿山、道路施工等，包括不同的地形、天气、光照等。
4. 虚拟现实技术：支持头显、手柄等虚拟现实设备，提供沉浸式的虚拟操作体验。
5. 效果展示：提供模拟车辆工作效果的展示，如挖土、运输、平整等工作效果。
6. 数据统计：记录操作人员的操作数据，包括时间、操作步骤、错误次数等，为后续培训提供参考。
三、技术选型1. 虚拟现实引擎：选择成熟的虚拟现实引擎，如Unity3D、Unreal Engine。
这些引擎提供了丰富的虚拟现实技术支持，可以快速开发出高质量的模拟器。
2. 操作手柄：选择支持虚拟现实设备的操作手柄，如Oculus Touch、HTC Vive Controller。
这些手柄可以提供更真实的操作手感和沉浸式的虚拟操作体验。
3. 3D建模软件：选择成熟的3D建模软件，如Blender、Maya。
这些软件可以快速建模出真实的工程车辆和场景模型。
4. 数据统计库：选择成熟的数据统计库，如SQLite、MongoDB。
这些库可以方便地记录和统计操作数据，为后续分析和培训提供支持。
四、功能设计1. 车辆选择：用户可以选择不同的工程车辆进行模拟操作。
2. 操作模拟：模拟真实的车辆操作，包括转向、加速、减速、停车等操作。
3. 场景模拟：模拟不同的工程场景，包括建筑工地、矿山、道路施工等，提供不同的地形、天气、光照等。
大型捣固机械仿真平台建设作者：安立刘湛新来源：《学园》2014年第26期【摘要】大型养路机械也叫大型捣固机械，简称捣固车。
根据捣固车的原理，我们设计建设大型捣固机械仿真平台。
本文主要介绍了仿真平台建设的过程，此仿真平台主要用于多媒体教学，方便学生直观地学习大型捣固机械的操作、系统和工作原理，熟悉技术参数，掌握故障诊断和排除的技能，提高教学质量。
【关键词】大型捣固机械仿真平台多媒体教学【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）26-0097-01大型捣固主要用于铁路新建和维修。
为了更加形象地让学生了解大型捣固机械的工作原理，我们设计了大型捣固机械仿真平台。
此教学仿真平台主要是在吸取以往多媒体教学中的不足和缺陷的基础上，利用现代计算机网络技术和模拟技术相结合的方式来开发的，科技含量高，具有实用性、直观性的特点，方便了师生，提高了现代化教学水平。
一构建仿真平台系统为了让学生更加详细地了解此设备和开展工作，我们按照大型养路机械的系统原理和多媒体教学技术来设计仿真平台。
在早期的大型捣固机械的仿真平台模拟中，由于技术的缺乏及环境的限制，设计存在缺陷，经过综合考虑为了达到更好的教学目的，仿真平台的系统构建分为硬件和软件两大部分。
硬件部分有控制操作、信号收集、信号转换、显示结果四大部分。
软件部分主要用于教学，包括文本内容静态和操作流程动态的显示。
二系统功能1.硬件功能第一，控制操作。
控制操作主要由以下五部分组成：端子柜、操纵台、电源柜、控制台、模拟台，主要用于模拟操作台，模拟真实操作。
各个操作柜都安装了大型捣固车械设备，都是可见的实物，保证安装和真实捣固装置一致。
当老师教学时，可以直观地给学生讲解操作步骤和流程。
为了真实再现捣固装备，还配置了总电源控制和模拟信号功能，通过控制电源来显示信号灯，能直观地看到当时电器的状态。
第二，信号收集。
信号收集的核心配置是信号采集柜，主要是通过信号采集柜来采集操作控制的输入信号。
新型捣固装置及其仿真研究
闵超庆;龚国芳;刘毅
【期刊名称】《工程机械》
【年(卷),期】2011(042)005
【摘要】针对现有捣固装置捣固镐振幅不可调及捣固臂工作不独立而造成装置维修不便等问题,提出一种新型捣固装置,该装置采用16套液压激振机构分别激振16对捣固镐,各捣固臂工作相互独立.对捣固臂机构进行受力分析,并且基于虚拟样机技术及仿真软件平台Pro/E,创建装置模型,进行仿真研究.研究表明:捣固镐振幅和频率随液压缸行程和运动频率的改变而改变,当选取液压缸行程为4 mm和8 mm时,捣固镐振幅在4.38 mm和7.80 mm左右,频率在0-100 Hz范围内.新型捣固装置实现了捣固镐振幅和频率的灵活调节.
【总页数】5页(P31-35)
【作者】闵超庆;龚国芳;刘毅
【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室
【正文语种】中文
【相关文献】
1.新型捣固装置的结构建模与仿真
2.基于新型仿真工具的TCSC建模及仿真研究
3.新型电站仿真系统构建及电气仿真应用的研究
4.新型实时电力系统仿真装置中系统仿真软件的研究
5.新型电站仿真系统构建及电气仿真应用研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
DCL-32型连续式捣固车仿真实训系统开发设计摘要：为进一步提高职工教育培训工作实际效果，确保新职人员基本操作技能和各类适应性、应急处理等方面培训和岗位练兵的实际效果，开发具有代表性的 DCL-32型连续式捣固车仿真实训系统，该系统由三大系统组成，能改善实训条件、提高培训效率、缩短大型线路机械司机的培训周期、降低教学成本。
关键词：连续式捣固车仿真系统建设方案0 引言大型线路机械司机作为这些设备的操作（含运行、作业）、保养、检修人员，其实作技能的高低直接影响着设备效能的发挥和现场安全生产。
而目前的实作培训基本上在生产现场直接进行，给安全生产和设备使用造成很大的安全隐患，引进仿真设备可减少了以生产代培训而形成的安全隐患、降低教学成本。
配备大型养路机械仿真实训系统，开发具有代表性的DCL-32型连续式捣固车仿真实训系统，不仅可供大机司机使用，同时其运行、制动及故障排除等可供工务系统轨道车司机培训借鉴[1-3]。
1仿真系统简介《DCL-32型连续式捣固车仿真实训系统》提供的实训系统采用仿真软件与实物操作设备相结合的方式，以仿真设备、影像、图形图像、声音以及可沉浸其中的虚拟现实场景(全三维数字化)为手段，逼真再现DCL32捣固车的操纵界面、操作显示设备、控制逻辑以及线路场景。
系统所有电气、电子、机械、气动系统的逻辑、关联关系与真实车辆一致，能够完成标准化模拟驾驶、全面整备检查演练、制动机试验演练、应急故障处理演练，标准化作业实训演练（包括作业各工位的操作）并具有教学指导、教学管理和考核等功能。
仿真系统如图1所示。
图1仿真系统示意图2系统模块组成该系统包括连续式捣固车模拟驾驶演练系统、施工作业模拟演练系统和网络化交互演练系统。
2.1连续式捣固车模拟驾驶演练系统(1)前驾驶室舱体抄平起拨道捣固车模拟驾驶系统实训演练装置仿真DCL-32型捣固车驾驶室按1：1模式设计制造，外观、高度、涂装风格、内饰与实际车辆相一致。
0引言高等职业院校铁道机械化维修技术专业主要面向铁路施工、地方铁路及铁路养路机械生产等企业，培养具备专业知识、基本技能等综合职业能力强、具有良好的职业道德、能够适应铁路等相关企业的发展需求的人才，这些技术人才在生产、管理、服务第一线，从事铁路大型养路机械设备的生产、安装、调试、操作、维护、维修及管理等工作。
捣固车是主要的铁路大型养路机械，但由于其体积大、价格昂贵，在铁路线上操作危险性高，因此其模拟仿真系统的开发和研究显得尤为重要。
1系统概述本系统采用仿真软件与实物操作设备相结合的方式，以仿真设备、影像、图形图像、声音以及可沉浸其中的虚拟现实场景为手段，逼真地再现DCL-32K 型连续式捣固车的操纵界面、操作显示设备、控制逻辑以及线路场景。
系统所有电气、电子、机械、气动、液压系统的逻辑、关联关系与真实捣固车车辆一致，可以全面模拟捣固车车辆在各种运行环境下的运行状况、操作特性，如：标准化作业演练、YZ-1制动机实验演练、区间模拟驾驶演练、出车前检查虚拟仿真演练、非正常情况下行车仿真演练等系统，具有教学指导、教学管理和考核等功能。
整体系统是一种全新、经济实用的大型养路机械实训及考核系统，建设完成后可使学员在轻松、安全的环境下进行大型养路机械的各种学习、训练和考核，可以帮助各号位作业人员学习掌握大型养路捣固车的使用方法及操作技能。
2系统组成2.1系统硬件构成系统硬件主要由前驾驶室司机驾驶台、双通道投影系统、作业操作台、三号～五号工位作业实训终端、数据采集与控制装置、教员终端等六部分组成。
2.1.1前驾驶室司机驾驶台操纵台上布置的按钮、开关、指示灯、手柄、压力仪表、速度表、转速表、八色信号灯等，与真实机车的大小、外观、布局相一致，同时包含作业控制面板（各种仪表、指示灯、开关、按钮等）等必要的设备，且具备与实际机车上一致的显示内容、操作方式、分辨率、颜色、菜单结构、内部逻辑与功能，满足实训需求。
前司机室司机驾驶台作为二号工位，与一号、三号～五号工位作业人员配合进行施工作业演练。
2.1.2作业操作台仿真DCL-32k 型连续式捣固车一号位操作室按1∶1模式设计制造，作业操纵台包含工作控制面板、工作操作面板、气动系统面板、液压系统面板等设备，这些设备的大小、外观、布局、功能与真实DCL-32k 型捣固车上的设备一致。
作业操纵台上布置的按钮、开关、指示灯、液压阀手柄、压力仪表、速度表、转速表等控制按钮与真实机车的大小、外观、布局相一致，且具备与实际机车上一致的显示内容、操作方式、分辨率、颜色、内部逻辑与功能。
模拟作业系统实训演练装置具有真实、直观、灵活、耐用、安全、可靠性等质量保证。
作业演练方案采用捣固车操作台与液晶显示系捣固车模拟仿真系统的设计与开发于凤丽（辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳110023）摘要：随着高速铁路的不断发展，需要大量从事铁路大型养路机械设备的生产、安装、调试、操作、维护、维修及管理等工作的技术人才，而这些技术人才上岗前必须进行大型养路机械的操作培训。
捣固车作为实践性强、操作标准要求高、设备占用空间大、价格昂贵且在铁路线上操作危险性较高的关键设备之一，采取模拟仿真操作训练显得尤为重要，因此必须进行模拟仿真系统的开发和研究。
关键词：捣固车；模拟仿真；实训系统；标准化作业Agricultural Equipment &TechnologyVol.45№.2Apr .2019第45卷第2期2019年4月农业装备技术统相结合的方式，作业操作台前方安装显示系统，可以实时显示车辆作业的情况，显示内容、设备动作方式与实际车辆一致。
施工作业操纵台作为一号工位，与二号～五号工位作业人员配合进行施工作业演练。
可以通过操作各板件控制各测量装置、捣固装置、起拨道装置、夯拍装置等。
以上前驾驶室司机驾驶台和作业操作台均采用合理的焊接结构；钢或其它足够强度的轻质、阻燃的材料；所有的金属材料表面光滑，无毛刺；不同金属间的连接进行必要的防腐处理；铆接件精确定位并对准，铆钉全部充满铆接孔；设备结构及外观满足强度要求，在正常使用的情况下不会发生任何变形。
2.1.3双通道投影系统投影系统由2台投影机和2套单通道普通投影幕布组成，为学员提供足够的视频、音频信息，方便教师进行教学讲解。
2.1.4三号～五号工位作业实训终端三号～五工号位采用虚拟列车形式，实训人员的操作均能够在计算机上通过键盘和鼠标完成，能够与一号工位、二号工位作业人员配合进行演练，观察各作业装置的作业过程，随时将车外的情况通知给一、二号工位。
其中小车收放车作业时，三、四号工位在车外配合一号位进行收放车作业。
三维场景中车外的各个部分（例如：捣固装置、夯拍器、测量小车、张紧小车）动作方式都与真实车辆相同。
2.1.5数据采集与控制装置用工控机采集与控制，220V交流供电，有输入输出，支持扩展。
内置微机测控及通讯系统，可实现数据采集及输出以、通讯功能。
2.1.6教员终端教员终端设备由一台计算机、两台显示器组成，教员能够通过控制台完成对模拟驾驶系统的维护、成绩评判、任务设置、故障设置、非正常行车设置、编制考核任务、通知学员考试、实时监控等功能。
2.2系统软件构成软件部分主要由车辆运行性能仿真、满足作业装置的动作仿真、CGI线路视景系统仿真、声音仿真、情景化专家引导系统、自动评判系统、教员监控与管理系统等七部分组成。
2.2.1车辆运行性能仿真DCL-32k型连续式捣固车运行性能仿真是仿真实训装置成功与否的关键，大型养路机械作业动力学模型的优劣是决定大型养路机械运行行为仿真性能的关键因素。
系统能够准确真实的仿真捣固车在各种运行环境与运行工况下的运行状况、操纵特性、牵引/制动特性以及其它特性，包括大型养路机械运行仿真、大型养路机械作业动力学仿真、控制逻辑仿真、牵引特性仿真、制动特性仿真等几方面。
2.2.2满足作业装置动作仿真系统能够对作业装置（如捣固装置、起拨道装置、夯实装置等）进行仿真，包括运动方式、动作过程、作业效果，并能够实时响应司机与作业人员的操作，完成相关的施工作业。
2.2.3CGI线路视景系统①线路场景基于计算机成像（CGI）技术构建，以工务数据为基础全三维数字化建模，线路曲线等线路参数与实际一致。
②可模拟大型养路机械能够到达区域内的相关场景，包括轨道、架空线路、轨旁设备、沿线景物、标志性建筑、隧道及内部设备、站台、站房。
③所有场景内容、模拟运行的位置与速度同步并且以原尺寸显示；图像连续、平滑、无跳动。
④可以进行大型养路机械突发事件、不同气候条件的模拟；可在场景中漫游（行走、转身、下蹲），可进行标准化作业实训、YZ-1制动机实验、区间模拟驾驶、出车前检查、非正常情况下行车等相关的操作演练。
⑤可进行远近、左右方向、上下方向视角的调整。
⑥视景系统中包含大型养路机械运行于上述区域的所有景物。
2.2.4声音仿真声音仿真系统为学员提供运行环境的听觉效果，声音仿真系统能够逼真地模仿车辆运行时的声音环境。
声音仿真系统包括车辆外部的声音与车辆内部的声音。
其中，外部的声音包括：大型养路机械在线路上运行的声音、鸣笛声、制动放风声音、周围环境声音以及碰撞障碍物时的声音；内部声音包括：司机操作过程中大型养路机械元件动作声音、GYK显示屏提示声、施工作业时声音、发动机运转的声音、空气制动系统产生的明显声音以及其它必要的环境声音。
2.2.5情景化专家引导系统系统采用“专家引导、学员跟随”的方式，专家系统以引导栏的方式给出操作方法、操作步骤、产生的现象和结果等，学员根据提示进行演练。
引导信息符合有关规章，处理步骤、操作方法与实际作业程序、作业标准、作业规范一致。
系统可对标准化操作步骤逐步评判对错，并给出成绩。
产品具备明确的专家引导模块，并模拟其功农业装备技术AET2019.2能，专家帮助系统能够给出一步一步的引导，能够给出明确的操作内容及操作方法。
2.2.6自动评判系统自动评判系统包含学员操作实时监控记录模块和智能评分模块。
系统能够实时监控、记录演练过程的每一步操作，并对比标准答案自动评定成绩。
2.2.7教员监控与管理系统DCL-32k连续走行捣固车仿真实训系统由教员系统组织训练，并对训练过程进行监控。
教员控制计算机通过网络系统与各功能模块相连。
教员监控与管理系统控制台是整个系统的控制中心，在该控制台上运行系统管理、运行监控、教学与考核等多种教员管理系统软件。
教员主要通过这些软件来实现模拟驾驶系统以及各种作业系统的日常维护与管理、训练及考核过程的管理与监控、操作评价及教学的辅导等功能。
3实训系统功能该实训系统功能强大，包括连续式捣固车标准化作业、YZ-1制动机实验、区间模拟驾驶、出车前检查、非正常情况下行车模拟演练系统，能够满足连续式捣固车司机驾驶作业标准流程等的培训和考核需要。
模拟驾驶系统实训演练装置具有真实、直观、灵活、耐用、安全、可靠性等质量保证。
3.1标准化作业实训演练系统可进行标准化的施工作业演练，一、二号工位实物设备与三、四、五号工位模拟设备相结合，可以通过操作一号工位实物作业台上各板件控制三维场景中的各测量装置、捣固装置、起拨道装置、夯拍装置等。
可在三维场景中观察到捣固装置、夯拍器、测量小车、张紧小车的动作，动作方式与真实车辆相同，测量及设定的数据通过各仪表动态反应出来。
3.2满足各号工位施工作业演练按照大型养路机械设备的工位和号位分布设计实训系统，各号位按照现场作业程序协同配合演练。
3.3YZ-1制动机试验演练在三维环境下，学员通过系统“引导栏”的信息，逐步进行检查和试验，基于对制动机原理的全仿真，可以进行制动机试验的实作演练，符合部颁“制动机试验技术标准”。
系统通过此功能模块，让学员快速、高效的掌握试验的操作步骤、试验现象等，试验的步骤、操作方法、试验现象和结果与实际一致。
系统采用情景化专家引导模式，构建全三维虚拟化的实训环境，学员演练的每一步系统都给予提示和引导，所有引导按照标准的处理流程设计，处理步骤、方法与实际一致。
可以在限定时间内按照作业规范进行出车前检查演练，系统可以实时监控、记录演练过程，并对比标准答案自动评定成绩。
3.4区间模拟驾驶通过模拟驾驶仿真系统的培训，系统按照实际的操作规程，可以满足柴油机的操作、空气制动阀操作、换挡手柄操作、手制动的操纵等驾驶仿真演练。
①系统在仿真设备上，模拟正常的捣固车驾驶操作，包括列车启动、运行、加速、减速、制动全过程的所有步骤。
②系统可实现标准化作业过程逐步评判对错，即按照作业标准、作业程序、作业规范进行评定。
3.5出车前检查虚拟仿真演练按照现场的工作流程，可以按照检查的内容、要求、操作方法等进行仿真演练，例如，行车安全装备检查，润滑油位检查，作业装置、测量装置安全锁定检查，制动转换、车钩及软管连接状态检查，发动机启动后开关、仪表、报警系统检查，制动性能试验，铁鞋及停车防护红牌检查。
